Что такое сканирование микропрепаратов целиком?

Сканирование микропрепаратов целиком (англ. Whole slide imaging, WSI) — это программная обработка и визуализация цифровых изображений срезов тканей, отсканированных с различным оптическим увеличением. Данная технология позволяет пользователю масштабировать интересующие участки препарата, полностью имитируя исследование предметного стекла под традиционным световым микроскопом. Стандартное увеличение достигает ×60, а некоторые современные сканеры способны обеспечивать увеличение до ×100 для анализа мазков периферической крови и аспиратов костного мозга.

Сканирование микропрепаратов целиком также называют виртуальной микроскопией или цифровой патоморфологией.

Создание и совместное использование оцифрованных микропрепаратов целиком. Предоставлено: Colin Doolan, Leica Biosystems 2

Каковы преимущества оцифровки микропрепаратов?

К ключевым преимуществам использования цифровых микропрепаратов при гистологическом исследовании биоптатов относятся:

  • Простота дублирования и тиражирования;
  • Отсутствие риска физического повреждения (стекла не бьются) и выцветания красителей со временем;
  • Удобство систематизации, каталогизации и долгосрочного хранения в электронных архивах;
  • Мгновенный удаленный доступ через интернет вне зависимости от географического положения специалистов.

В апреле 2017 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило коммерческое применение систем сканирования микропрепаратов целиком для первичной патоморфологической диагностики.

Дерматопатология идеально подходит для внедрения WSI благодаря большому объему рутинных биопсий, относительно малому числу стекол на один случай и небольшим физическим размерам тканевых образцов (биоптатов кожи).

Области применения сканирования микропрепаратов

Преподавание, тестирование и электронное обучение (e-learning)

Компьютеры сегодня доступны в большинстве учебных центров и обходятся значительно дешевле парка профессиональных микроскопов.

  • Технология WSI позволяет предоставить неограниченному числу студентов, ординаторов и аспирантов доступ к препаратам редких дерматозов и новообразований, исключая риск порчи уникальных стекол.
  • Все обучающиеся просматривают абсолютно идентичный препарат, что гарантирует стандартизацию учебного процесса.
  • Программное обеспечение с функцией вращения изображения на 360 градусов позволяет ориентировать срез любым удобным образом (например, направлять эпидермис строго вверх), что ранее при работе с механическим микроскопом часто вызывало затруднения у начинающих специалистов.
  • Возможность нанесения графических аннотаций (стрелки, контуры), добавления клинических фотографий, дерматоскопических снимков и данных лучевой диагностики делает виртуальные препараты идеальной платформой для изучения клинико-морфологических корреляций. Дополнение интерактивными комментариями, ссылками на публикации и мультимедийными материалами многократно повышает образовательную ценность.
  • WSI отлично подходит для самостоятельного обучения и дистанционной оценки знаний: специализированные платформы обеспечивают мгновенную обратную связь. Доступ к цифровой библиотеке возможен круглосуточно с любого устройства.
  • Оцифрованные препараты позволяют проводить сертификационные экзамены без микроскопов. В 2020 году Американский совет по дерматологии (American Board of Dermatology) полностью перешел на формат WSI при сдаче квалификационных экзаменов.

Непрерывное медицинское образование (НМО) и внешний контроль качества

Виртуальная микроскопия активно используется в системах непрерывного медицинского образования (НМО/CME), непрерывного профессионального развития (CPD) и внешнего контроля качества (EQA). Интеграция оцифрованных препаратов с тестовыми вопросами позволяет специалистам набирать баллы НМО в режиме онлайн.

Цифровая патоморфология признана глобальным стандартом в программах контроля качества. Такие структуры, как Колледж американских патологов (CAP), Американское общество клинической патологии (ASCP) и Королевский колледж патологов Австралазии (RCPA), широко используют WSI для сертифицированных циклов повышения квалификации. В 2013–2015 годах Европейская академия дерматологии и венерологии (EADV) внедрила для своих членов ежеквартальный модуль клинико-патоморфологической самооценки на базе цифровых стекол.

Американское общество дерматопатологии (ASDP) ведет интерактивную рубрику «Случай месяца», где публикуются оцифрованные препараты с тестовыми заданиями и подробным разбором: asdp.org/education/case-study-of-the-month/case-archive.

Консультации и второе мнение (телепатология)

Технология обеспечивает оперативное междисциплинарное взаимодействие между патоморфологами и клиницистами по всему миру. Программное обеспечение позволяет объединять в едином интерфейсе:

  • Макроскопическое описание образца;
  • Клинические фотографии очагов поражения;
  • Дерматоскопические снимки;
  • Данные рентгенологических и томографических исследований;
  • Текстовые и графические пометки патологоанатома;
  • Экспертные заключения и комментарии.

Архивирование, мультидисциплинарные консилиумы и научные исследования

  • В условиях дефицита площадей для архивного хранения предметных стекол многие лаборатории сканируют гистологические препараты, после чего стекла утилизируют, сохраняя только парафиновые блоки. Это также оптимизирует рабочее время персонала лаборатории.
  • Хранение больших массивов данных организуется в локальных серверных хранилищах или защищенных облачных центрах обработки данных (ЦОД).
  • Цифровые препараты легко извлекаются из архива для демонстрации на онкологических консилиумах (tumor boards) и при проведении научных ретроспективных исследований.

Интеграция в медицинские информационные системы (МИС / ЭМК)

  • Цифровые гистологические изображения могут быть прикреплены непосредственно к электронной медицинской карте пациента, что упрощает передачу данных при смене клиники и проведении телемедицинских консультаций.

Алгоритмы распознавания образов и искусственный интеллект (ИИ)

  • Сканирование препаратов целиком открывает путь для автоматизированного и полуавтоматического количественного анализа биомаркеров (иммуногистохимических, прогностических, генетических маркеров).
  • Одобрение регуляторными органами (включая FDA) первых систем искусственного интеллекта (в частности, для градации рака предстательной железы по шкале Глисона) положило начало внедрению алгоритмов глубокого машинного обучения в дерматоонкологию (диагностика меланомы, базальноклеточного и плоскоклеточного рака).

Ограничения и недостатки метода

  • Высокая стоимость оборудования: профессиональные высокопроизводительные сканеры микропрепаратов требуют значительных капиталовложений, хотя на рынке появляются более доступные модели.
  • Огромный объем файлов: один оцифрованный препарат занимает от 250 Мб до нескольких гигабайт (до 5 Гб). Это влечет за собой существенные затраты на сервера, сетевую инфраструктуру и системы резервного копирования.
  • Необходимость высокоскоростного интернет-соединения: для комфортного масштабирования изображений в режиме реального времени требуется устойчивый широкий канал передачи данных.
  • Вопросы совместимости форматов: файлы, полученные на сканерах разных производителей, могут требовать специфического программного обеспечения (хотя современные универсальные просмотрщики в значительной степени нивелировали эту проблему).
  • Затраты на лицензии ПО, техническую поддержку и ограниченный жизненный цикл программных платформ.

Валидация и диагностическая точность

Многочисленные клинические исследования подтвердили высокую сопоставимость диагностической точности при исследовании цифровых микропрепаратов целиком (WSI) по сравнению с традиционной световой микроскопией стеклянных препаратов в дерматопатологии.

Литература

  • Hood AF. Viability of Whole Slide Images for Primary Diagnosis in the Clinical Dermatology Setting. Expert Opinion. Practice Update. Journal
  • Kent MN, Olsen TG, Feeser TA, et al. Diagnostic accuracy of virtual pathology vs traditional microscopy in a large dermatopathological study. JAMA Dermatol doi:10.1001/jamadermatol.2017. Journal
  • Shah KK, Lehman JS, Gibson LW, et al. Validation of diagnostic accuracy with whole-slide imaging compared with glass slide review in dermatopathology. JAM Acad Dermatol 2016;75:1229–37. PubMed
  • Mooney E. A change that will affect our professional lives and improve patient care. Forum for Nordic Dermato-Venereology 2015; 20 (2): 43–4. PubMed
  • Mooney E, Hood AF, Lampros J, Kempf W, Jemec GBE. Comparative diagnostic accuracy in virtual dermatopathology. Skin Res Technol 2011; 17: 251–255. PubMed Central
  • Leinweber B, Massone C, Kodama K, et al. Teledermatopathology: a controlled study about diagnostic validity and technical requirements for digital transmission. Am J Dermatopathol 2006; 28: 413–6. PubMed